Cäsium-Blei-Bromid-Detektoren bieten präzise radioaktive Isotopenidentifikation

Sicherheitsbehörden sind damit beauftragt, Kriminelle daran zu hindern, gefährliche Materialien in ein Land zu schmuggeln; die Detektion nuklearer Substanzen war schwierig und kostspielig. Forscher haben neue Geräte auf Basis eines kostengünstigen Materials entwickelt, um die Detektion und Identifikation radioaktiver Isotope zu unterstützen.

Mit Cäsium-Blei-Bromid in Form von Perowskitkristallen erstellte das Team hocheffiziente Detektoren sowohl in kleinen, tragbaren Geräten für Feldforscher als auch in sehr großen Detektoren.

Zusätzlich zu geringeren Kosten als typische Geräte ist die neue Methode zur Gammastrahl-Detektion auch hochfähig darin, zwischen Strahlen unterschiedlicher Energien zu unterscheiden. Diese Methode ermöglicht es Nutzern, legale versus illegale Gammastrahlung zu identifizieren. Detektoren wie diese sind kritisch für nationale Sicherheit, wo sie verwendet werden, um illegale nukleare Materialien an Grenzen zu detektieren und bei nuklearer Forensik sowie medizinischer Diagnostik-Bildgebung zu helfen.

Mit dem Perowskitmaterial erreichte das Team hohe Energieauflösung bei Gammastrahl-Detektion mit einem pixelierten Detektordesign. In früherer Forschung verglich das Team die Leistung des neuen Cäsium-Blei-Bromid-Detektors mit dem konventionellen Cadmium-Zink-Tellurid (CZT)-Detektor und fand, er performte genauso gut bei der Gammastrahl-Detektion. Neue Forschung, die Kristallgrößen verbesserte und Pixel statt planarer Elektroden nutzte, hat die spektrale Auflösung weit über konventionelle Designs hinaus vorangetrieben, von ca. 3,8 % auf 1,4 %, und detektiert Energie sogar von sehr schwachen Quellen.

Radioaktive Isotope emittieren Gammastrahlung, die sich leicht in Energie unterscheidet, oft nur um wenige Prozentpunkte. Mit dem neuen Material können Nutzer die Quelle der Gammastrahlung besser identifizieren, indem sie Unterschiede bis auf wenige Prozentpunkte bestimmen. Zusätzlich macht die Verwendung sogar leicht unreiner Materialien typischerweise Detektoren weniger effizient oder nicht funktionsfähig, und Hersteller von Geräten müssen ultrareines CZT suchen, um effektive Messwerte zu erzielen. Das Material der Forscher könnte fünf- bis zehnmal mehr Verunreinigungen als CZT haben und trotzdem performen, was es einfacher und günstiger zu produzieren macht. Auflösung ist auch kritisch für medizinische Bildgebung wie SPECT-Scans.